JP4406441B2 - 自動変速機のフェールセーフ機構及びこのフェールセーフ機構に備えられるフェールセーフバルブ - Google Patents

自動変速機のフェールセーフ機構及びこのフェールセーフ機構に備えられるフェールセーフバルブ Download PDF

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Description

本発明は、自動車等に搭載される自動変速機のフェールセーフ機構及びこのフェールセーフ機構に備えられるフェールセーフバルブに係る。特に、本発明は、異物排出動作が可能な構成とされたフェールセーフバルブの改良に関する。
従来より、自動車等に搭載される自動変速機として、例えば、クラッチ及びブレーキと遊星歯車装置とを用いて変速段(ギヤ段)を設定する遊星歯車式自動変速機が知られている。この種の自動変速機が搭載された車両においては、車速とアクセル開度(またはスロットル開度)に基づいて目標変速段を算出し、その目標変速段が得られるように、摩擦係合要素である上記クラッチやブレーキを所定状態に係合または解放することにより、変速段を自動的に設定している。
ところで、この種の自動変速機において、所定の変速段を成立させるために係合状態となるべき摩擦係合要素だけでなく、それ以外の摩擦係合要素までもが係合してしまう故障(以下、「フェール」と呼ぶ)が発生した場合には、自動変速機が所謂インターロック状態に陥ってしまう可能性がある。このような状況を回避するために、自動変速機の油圧制御回路内にはフェールセーフバルブが設けられている(例えば下記の特許文献1)。このフェールセーフバルブは、上記フェール時に作動し、例えば1つの摩擦係合要素(例えばブレーキ)への供給油圧を遮断する(油圧のドレンを行う)ように切り換わる(スプール等の弁体が移動する)ことで、上記インターロック状態を回避する構成となっている。
しかしながら、一般的なフェールセーフバルブは、自動変速機に上記フェールが発生しない限り作動することがないため、長期間に亘って切り換え動作(弁体の移動動作)が行われないといった状況にある場合が多い。このため、このバルブ自体の故障(所謂バルブスティック)が生じてしまう可能性があった。
このバルブスティックの発生原因の1つとして、自動変速機の長期間使用に伴って発生するスプールの摩耗粉やスラッジ等といった微小異物がオイルに混入することが挙げられる。つまり、変速動作に伴って作動する各種バルブ(フェールセーフバルブ以外のバルブ)においては、上記微小異物が油室に流入してもバルブの切り換え動作が比較的頻繁に行われるため、ドレンポート等から微小異物は押し流されることになり、この微小異物がバルブボディとスプールとの間に蓄積したり噛み込んだりすることは殆どない。
ところが、上記フェールセーフバルブにあっては、自動変速機がフェール状態にならない限り作動しないため、上記微小異物が、バルブボディ(スリーブ)とプランジャ等の弁体との間の隙間(例えば製造上の誤差などによって形成される隙間)に蓄積される(噛み込む)虞がある。このような状況では、実際に自動変速機のフェールが発生した際に、上記微小異物がプランジャ等に対する移動抵抗となり、フェールセーフバルブの動作(上記インターロック状態を回避するためのフェールセーフ動作)が良好に行えなくなる可能性があった。
この点に鑑みられたものとして下記の特許文献2が提案されている。この特許文献2に開示されているフェールセーフバルブは、エンジンが停止する度にフェールセーフバルブのプランジャを作動(移動)させることで、このプランジャとバルブボディとの間に微小異物が蓄積される状況を回避するようにしている。
具体的には、図8に示すように、バルブ体aを正常時移動位置(フェールが発生していない状況での位置:図中の左側に示す位置)に向けて付勢する外側スプリングbと、バルブ体aとプランジャcとの間に嵌め込まれ且つプランジャcをフェール時移動位置(フェールが発生した際の位置:図中の右側に示す位置)側に付勢する内側スプリングdと、これらスプリングb,dの座と成るワッシャeとを装着させた構成となっている。そして、エンジンの停止時であってバルブ体a及びプランジャcに油圧が作用しない状況では、上記内側スプリングdの付勢力によってプランジャcをフェール時移動位置に向けて移動させ、これによってプランジャcとバルブボディfとの間に存在している微小異物を排出させ、この両者の摺動抵抗を低減することで、自動変速機にフェールが発生した際のフェールセーフ動作が良好に行えるようにしている。
特開2001−248723号公報 特開2004−36670号公報
しかしながら、上述した特許文献2のものでは、従来の一般的なフェールセーフバルブに比べて、バルブ体aとプランジャcとの間に嵌め込まれる内側スプリングdやスプリングb,dの座と成るワッシャeを新たに装着させる必要があった。
このため、これら部材の挿入スペースを確保する必要があることからフェールセーフバルブ全体の大型化や重量の増大を招いてしまうことになる。また、部品点数の増加に伴う製造コストの高騰を招いたり、各部品の組み付け作業工数の増大及び組み付け作業の煩雑化を招いてしまうため、好ましい構成とは言えなかった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、自動変速機のフェール時におけるフェールセーフ機能を維持しながらも、部品点数が増大することなしに所定タイミングで弁体を作動させることによる異物排出動作を行うことができる自動変速機のフェールセーフ機構及びこのフェールセーフ機構に備えられるフェールセーフバルブを提供することにある。
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、上記異物排出動作を行うための駆動力として自動変速機の変速動作を行うための油圧を利用し、所定タイミング(例えば車両の後退時)においてのみ発生する油圧をフェールセーフバルブに作用させ、この油圧により弁体を移動させて異物排出動作を行うようにしている。つまり、特定の変速動作が行われた場合に限って油圧を利用した異物排出動作が行われるようにしている。
−解決手段−
具体的に、本発明は、複数の摩擦係合要素に対する油圧を制御することによって、これら摩擦係合要素を選択的に係合させて変速比を可変とする自動変速機の油圧制御回路に備えられ、正常時において同時に発生することのない複数の油圧がそれぞれ個別の油圧供給ポートから作用することに伴い、バルブボディ内部において同一軸線上に相対移動可能に挿入されたバルブ体とプランジャとが、これら油圧により通常位置からフェールセーフ位置に移動するフェールセーフバルブを有するフェールセーフ機構を前提とする。このフェールセーフ機構に対し、上記バルブ体とプランジャとの間に異物排出動作用オイル室を、上記プランジャとバルブボディとの間に油圧制御回路のライン圧が作用するライン圧オイル室をそれぞれ設ける。また、上記異物排出動作用オイル室に、上記複数の摩擦係合要素のうち特定の摩擦係合要素が係合された場合にその摩擦係合要素を係合させるための油圧であって上記ライン圧と略同等の油圧が作用する構成とする。そして、上記プランジャにおける異物排出動作用オイル室に臨む端面の受圧面積を、上記ライン圧オイル室に臨む端面の受圧面積よりも大きく設定することにより、上記特定の摩擦係合要素が係合された場合に限り、その摩擦係合要素を係合させるための油圧を、異物排出動作用油圧として上記異物排出動作用オイル室に作用させて、上記プランジャを上記通常位置からフェールセーフ位置に向けて移動させる構成としている。
この特定事項により、自動変速機の変速動作によって、ある特定の摩擦係合要素が係合された(例えば後退変速段成立時に係合する摩擦係合要素が係合された)場合、この油圧が異物排出動作用油圧として上記異物排出動作用オイル室に作用し、それまで通常位置にあったプランジャがフェールセーフ位置に向けて移動することになる。より具体的には、特定の摩擦係合要素が係合した場合、上記ライン圧オイル室に作用しているライン圧と略同等の油圧が異物排出動作用オイル室に作用する。つまり、プランジャにおける異物排出動作用オイル室に臨む端面及びライン圧オイル室に臨む端面に同等の油圧が作用することになる。そして、プランジャにおける異物排出動作用オイル室に臨む端面の受圧面積は、上記ライン圧オイル室に臨む端面の受圧面積よりも大きく設定されているため、プランジャの軸心方向に作用する力としては異物排出動作用オイル室側からの押圧力(推力)の方が大きく作用し、プランジャはライン圧オイル室側に向けて移動することになる。これにより、仮に、このプランジャとバルブボディとの間に微小異物が存在していた場合であっても、このプランジャの移動に伴って微小異物は除去されることになる。このような動作が、上記特定の摩擦係合要素が係合される度に(例えば車両が後退走行する度に)実行されるため、フェールセーフバルブのプランジャが長期間に亘って移動しないことに起因するバルブスティックを解消することができる。また、異物排出動作を行うべくプランジャを移動させるための手段としてはスプリング等の部材を使用していないため、従来のフェールセーフバルブに対して新たな部品(例えば上記特許文献2に開示されている内側スプリング等)を追加する必要がない。このため、フェールセーフバルブの大型化や重量の増大を招くことなく、また、製造コストの高騰を招くこともない。更に、組み付け作業工数の増大及び組み付け作業の煩雑化を招くこともない。尚、上記異物排出動作が行われる際に係合される特定の摩擦係合要素としては、後退変速段成立時に係合する摩擦係合要素に限られるものではなく、前進側変速段のうちの一つの変速段(例えば第1変速段)成立時に係合する摩擦係合要素であってもよい。
上記特定の摩擦係合要素が係合された場合に、その摩擦係合要素を係合させるための油圧、異物排出動作用油圧として上記フェールセーフバルブに対してドレンポートから上記異物排出動作用オイル室に作用される構成としている。
この特定事項によれば、特定の摩擦係合要素が係合される状態以外では、上記ドレンポートからオイルのドレン動作が行われている。そして、上記特定の摩擦係合要素が係合される状態になると、この摩擦係合要素を係合させるための油圧が上記ドレンポートからフェールセーフバルブに作用することになり、このフェールセーフバルブに作用する油圧によって上記プランジャが通常位置からフェールセーフ位置に向けて移動する。そして、このプランジャの移動により、プランジャとバルブボディとの間に存在している微小異物が除去されることになる。尚、フェールセーフバルブの上記ドレンポートを、プランジャを移動させるための油圧供給ポートとして機能させるための具体構成としては、例えば、このドレンポートに繋がる油路に開閉弁を備えさせ、この開閉弁を閉鎖する(閉鎖することで油圧をドレンさせない)構成などが挙げられる。また、その他の構成によってドレンポートを油圧供給ポートとして機能させるようにしてもよい。
また、上記プランジャが通常位置からフェールセーフ位置に向けて移動する際に係合している上記特定の摩擦係合要素を、自動変速機の前進変速段が成立する場合には係合せず後退変速段が成立する場合に係合する摩擦係合要素とする。つまり、自動変速機の後退変速段が成立した場合に異物排出動作を実行する。
また、上記特定の摩擦係合要素が係合された場合に、その摩擦係合要素を係合させるための油圧が作用するフェールセーフバルブのドレンポートは、「車両前進時」にオイルをドレンするためのドレンポートであって、「車両後退時」に、上記油圧が、このドレンポートからフェールセーフバルブに作用することにより、上記プランジャを通常位置からフェールセーフ位置に向けて移動させる構成とする。つまり、この構成の場合にも、自動変速機の後退変速段が成立した場合に異物排出動作を実行する。
これらの解決手段によれば、前進走行時に、プランジャをフェールセーフ位置に向けて移動させるための油圧をフェールセーフバルブに供給するものではないので、車両の前進走行時における変速動作に支障を招くことがない。
尚、上述した各解決手段のうち何れか一つの自動変速機のフェールセーフ機構に備えられるフェールセーフバルブも本発明の技術的思想の範疇である。つまり、バルブボディとバルブ体との間に、このバルブ体を通常位置に向けて付勢するスプリングが装着されており、上記バルブ体とプランジャとの間に異物排出動作用油圧が作用することで、プランジャが通常位置からフェールセーフ位置に向けて移動する構成とされたフェールセーフバルブである。
本発明では、フェールセーフバルブの異物排出動作を行うための駆動力として自動変速機の変速動作を行うための油圧を利用し、所定タイミング(例えば後退変速段成立時)においてのみ発生する油圧をフェールセーフバルブに作用させ、これによりプランジャを移動させて異物排出動作を行うようにしている。このため、特定の変速動作が行われた場合に異物排出動作を行うことができ、異物排出によるフェールセーフバルブの信頼性を高く維持することができる。また、異物排出動作を行うべくプランジャを移動させる駆動力としてスプリングの付勢力などを使用するものではないため、フェールセーフバルブの大型化や重量の増大を招くことなく、また、製造コストの高騰を招くこともない。更に、組み付け作業工数の増大及び組み付け作業の煩雑化を招くこともなくなる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、FF(フロントエンジン・フロントドライブ)車両に搭載された自動変速機に対して本発明を適用した場合について説明する。また、本実施形態において特徴とするフェールセーフバルブの構成及びその動作について説明する前に、車両のパワートレーン(車両用駆動装置)及び自動変速機の基本動作等について説明する。
図1に示すように、車両Aには、エンジン(内燃機関)1と、トルクコンバータ2と、自動変速機3と、ECU100とが搭載されている。これらエンジン1、トルクコンバータ2、自動変速機3及びECU100の各部について以下に説明する。
−エンジン1−
エンジン1は、例えば4気筒ガソリンエンジンであって、出力軸であるクランクシャフト11がトルクコンバータ2の入力軸に接続されている。クランクシャフト11の回転数(エンジン回転数)はエンジン回転数センサ201によって検出される。
上記エンジン1に吸入される吸入空気量は、電子制御式(電子スロットルシステム)のスロットルバルブ12によって調整される。このスロットルバルブ12は、運転者のアクセルペダル操作とは独立してスロットル開度を電子的に制御することが可能であり、その開度(スロットル開度)はスロットル開度センサ202によって検出される。
スロットルバルブ12のスロットル開度はECU100によって駆動制御される。具体的には、エンジン回転数センサ201によって検出されるエンジン回転数、及び、運転者のアクセルペダル踏み込み量(アクセル開度)等のエンジン1の運転状態に応じた最適な吸入空気量(目標吸気量)が得られるようにスロットルバルブ12のスロットル開度を制御している。より具体的には、スロットル開度センサ202を用いてスロットルバルブ12の実際のスロットル開度を検出し、その実スロットル開度が、上記目標吸気量が得られるスロットル開度(目標スロットル開度)に一致するようにスロットルバルブ12のスロットルモータ13をフィードバック制御している。
−トルクコンバータ2−
トルクコンバータ2は、入力軸側のポンプ羽根車21と、出力軸側のタービン羽根車22と、トルク増幅機能を発現するステータ23と、ワンウェイクラッチ24とを備え、ポンプ羽根車21とタービン羽根車22との間で流体を介して動力伝達を行うようになっている。
上記トルクコンバータ2には、入力側と出力側とを直結状態にするロックアップクラッチ25が設けられており、このロックアップクラッチ25を完全係合させることにより、ポンプ羽根車21とタービン羽根車22とが一体回転する。また、ロックアップクラッチ25を所定のスリップ状態で係合させることにより、駆動時には所定のスリップ量でタービン羽根車22がポンプ羽根車21に追随して回転する。また、トルクコンバータ2と自動変速機3とは回転軸によって接続されている。
−自動変速機3−
自動変速機3は、FF型車両に適用される横置き型自動変速機であって、図1に示すように、シングルピニオン型の第1遊星歯車装置301を主体として構成される第1変速部31と、シングルピニオン型の第2遊星歯車装置302及びダブルピニオン型の第3遊星歯車装置303を主体として構成される第2変速部32とを同軸線上に有し、入力軸33の回転を変速して出力軸34に伝達して、出力歯車35から出力する遊星歯車式多段変速機である。出力歯車35は、車両に搭載される差動歯車装置に直接的にもしくはカウンタ軸を介して連結される。尚、自動変速機3は中心線に対して略対称的に構成されているので、図1では中心線の下半分を省略している。
上記第1変速部31を構成している第1遊星歯車装置301は、サンギヤS1、キャリアCA1、及び、リングギヤR1の3つの回転要素を備えており、サンギヤS1が入力軸33に連結されている。さらに、サンギヤS1は、リングギヤR1が第3ブレーキB3を介してハウジング36に固定されることにより、キャリヤCA1を中間出力部材として回転するようになっている。
第2変速部32を構成している第2遊星歯車装置302及び第3遊星歯車装置303では、一部が互いに連結されることによって4つの回転要素RM1〜RM4が構成されている。具体的には、第3遊星歯車装置303のサンギヤS3によって第1回転要素RM1が構成されており、第2遊星歯車装置302のリングギヤR2及び第3遊星歯車装置303のリングギヤR3が互いに連結されて第2回転要素RM2が構成されている。さらに、第2遊星歯車装置302のキャリアCA2及び第3遊星歯車装置303のキャリアCA3が互いに連結されて第3回転要素RM3が構成されている。また、第2遊星歯車装置302のサンギヤS2によって第4回転要素RM4が構成されている。
第2遊星歯車装置302及び第3遊星歯車装置303は、キャリアCA2及びCA3が共通の部材にて構成されているとともに、リングギヤR2及びR3も共通の部材にて構成されている。さらに、第2遊星歯車装置302のピニオンギヤが第3遊星歯車装置303の第2ピニオンギヤを兼ねているラビニオ型の遊星歯車列とされている。
第1回転要素RM1(サンギヤS3)は、中間出力部材である第1遊星歯車装置301のキャリアCA1に一体的に連結されており、第1ブレーキB1によってハウジング36に選択的に連結されて回転・停止される。第2回転要素RM2(リングギヤR2及びR3)は、第2クラッチC2を介して入力軸33に選択的に連結される一方、ワンウェイクラッチF1及び第2ブレーキB2を介してハウジング36に選択的に連結されて回転・停止される。
第3回転要素RM3(キャリアCA2及びCA3)は出力軸34に一体的に連結されている。第4回転要素RM4(サンギヤS2)は、第1クラッチC1を介して入力軸33に選択的に連結されている。
なお、第1クラッチC1、第2クラッチC2、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、第3ブレーキB3は、いずれも油圧シリンダによって摩擦係合する多板式の油圧式摩擦係合要素である。
以上の自動変速機3では、摩擦係合要素である第1クラッチC1、第2クラッチC2、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、第3ブレーキB3、及び、ワンウエイクラッチF1などが、所定の状態に係合または解放されることによって変速段が設定される。
自動変速機3には、運転者により操作されるシフトレバーが設けられており、そのシフトレバーを操作することにより、例えばPレンジ(パーキングレンジ)、Rレンジ(後進走行レンジ)、N(ニュートラルレンジ)、Dレンジ(前進走行レンジ)等に切り換えることができる。
図2は、自動変速機3の各変速段を成立させるためのクラッチC1,C2、ブレーキB1〜B3、ワンウエイクラッチF1の係合作動を説明する係合表であり、「○」は係合を、「×」は解放をそれぞれ表している。
この図2に示すように、自動変速機3において、第1クラッチC1を係合することによって第1変速段(1st)が成立する。
第1変速段(1st)から第2変速段(2nd)への変速(1st→2nd)は、第1ブレーキB1を係合することによって達成される。
第2変速段(2nd)から第3変速段(3rd)への変速(2nd→3rd)は、第1ブレーキB1を解放するとともに、第3ブレーキB3を係合することによって達成される。
第3変速段(3rd)から第4変速段(4th)への変速(3rd→4th)は、第3ブレーキB3を解放するとともに、第2クラッチC2を係合することによって達成される。
第4変速段(4th)から第5変速段(5th)への変速(4th→5th)は、第1クラッチC1を解放するとともに、第3ブレーキB3を係合することによって達成される。
第5変速段(5th)から第6変速段(6th)への変速(5th→6th)は、第3ブレーキB3を解放するとともに、第1ブレーキB1を係合することによって達成される。
そして、第2ブレーキB2及び第3ブレーキB3を共に係合することによって後退変速段(Rev)が成立する。
なお、自動変速機3の各変速段の変速比は、第1遊星歯車装置301、第2遊星歯車装置302、及び、第3遊星歯車装置303の各ギヤ比(=サンギヤの歯数/リングギヤの歯数)によって適宜定められる。
以上の自動変速機3における入力軸33の回転数は入力軸回転数センサ203によって検出される。また、自動変速機3の出力軸34の回転数は出力軸回転数センサ204によって検出される。これら入力軸回転数センサ203及び出力軸回転数センサ204の出力信号から得られる回転数の比(出力回転数/入力回転数)に基づいて、自動変速機3の現在変速段を判定することができる。
−ECU−
以上のパワートレーンを制御するECU100は、エンジン1を制御するエンジンECU101と、トルクコンバータ2及び自動変速機3を制御するECT_ECU(Electronic Controlled automatic Transmission_ECU)102とを含む。
エンジンECU101及びECT_ECU102は、それぞれ、CPU、ROM、RAM及びバックアップRAMなどを備えている。
ROMは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPUは、ROMに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。RAMは、CPUでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAMは、エンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
エンジンECU101には、図3に示すように、上記エンジン回転数センサ201、及び、スロットル開度センサ202などのエンジン1の運転状態を検出する各種センサが接続されており、その各センサの信号が入力される。また、このエンジンECU101は、スロットルバルブ12のスロットルモータ13、及び、インジェクタ(燃料噴射弁)14などのエンジン1の各部を制御する。
ECT_ECU102には、図3に示すように、上記入力軸回転数センサ203、出力軸回転数センサ204、ドライバにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ205、自動変速機3のシフトレバー位置を検出するシフトポジションセンサ206、車両の速度を検出する車速センサ207、及び、車両の加速度を検出する加速度センサ208などが接続されている。
また、このECT_ECU102は、トルクコンバータ2にロックアップクラッチ制御信号を出力する。このロックアップクラッチ制御信号に基づいてロックアップクラッチ25の係合圧が制御される。さらに、ECT_ECU102は、自動変速機3の油圧制御回路30にソレノイド制御信号(油圧指令信号)を出力する。このソレノイド制御信号に基づいて油圧制御回路30のリニアソレノイドバルブやオンオフソレノイドバルブなどが制御され、所定の変速段(第1変速段〜第6変速段、後退変速段など)を達成するように、自動変速機3の第1クラッチC1、第2クラッチC2、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、第3ブレーキB3、及び、ワンウエイクラッチF1などが所定の状態に係合または解放される。
エンジンECU101は、スロットル開度センサ202にて検出されたスロットル開度、エンジン回転数センサ201にて検出されたエンジン回転数の各信号、及び、ダウンシフト要求などをECT_ECU102に送信する。一方、ECT_ECU102は、入力軸回転数センサ203にて検出された入力軸回転数、出力軸回転数センサ204にて検出された出力回転数、及び、アクセル開度センサ205にて検出されたアクセル開度などの信号をエンジンECU101に送信する。
−変速マップ−
自動変速機3の変速制御は、例えば図4に示すような変速マップ(変速条件)に従って行われる。この変速マップは、車速V及びアクセル開度θTHをパラメータとし、それら車速V及びアクセル開度θTHに応じて、適正な変速段を求めるための複数の領域が設定されたマップであって、上記ECT_ECU102のROM内に記憶されている。変速マップの各領域は複数の変速線(変速段の切り換えライン)によって区画されている。尚、図4に示す変速マップにおいて、シフトアップ線(変速線)を実線で示し、シフトダウン線(変速線)を破線で示している。また、シフトアップ及びシフトダウンの各切り換え方向を図中に数字と矢印とを用いて示している。
−変速制御の基本動作−
次に、上述の如く構成された自動変速機3に対する変速制御の基本動作について説明する。
ECT_ECU102は、車速センサ207の出力信号から車速Vを算出するとともに、アクセル開度センサ205の出力信号からアクセル開度θTHを算出し、それら車速V及びアクセル開度θTHに基づいて図4の変速マップを参照して目標変速段を算出する。さらに、入力軸回転数センサ203及び出力軸回転数センサ204の出力信号から得られる回転数の比(出力回転数/入力回転数)を求めて現在変速段を判定し、その現在変速段と目標変速段とを比較して変速操作が必要であるか否かを判定する。
その判定結果により、変速の必要がない場合(現在変速段と目標変速段とが同じで、変速段が適切に設定されている場合)には、現在変速段を維持するソレノイド制御信号(油圧指令信号)を自動変速機3の油圧制御回路30に出力する。
一方、現在変速段と目標変速段とが異なる場合には変速制御を行う。例えば、自動変速機3の変速段が「4速」の状態で走行している状況から、車両の走行状態が変化して、例えば図4に示す点Aから点Bに変化した場合、シフトアップ変速線[4→5]を跨ぐ変化となるので、変速マップから算出される目標変速段が「5速」となり、その5速の変速段を設定するソレノイド制御信号(油圧指令信号)を自動変速機3の油圧制御回路30に出力して、4速の変速段から5速の変速段への変速(4→5アップ変速)を行う。
−油圧制御回路30の構成−
次に、図5を参照して、本実施形態の特徴部分であるフェールセーフバルブ及びその周辺の油圧制御回路30の構成について説明する。この図5では、フェールセーフバルブとしてのクラッチアプライコントロールバルブ50、第1及び第2クラッチC1,C2、第1〜第3ブレーキB1,B2,B3に関連する油圧制御回路30を示している。尚、この図5に示す油圧制御回路30は、全体の油圧制御回路の一部である。以下、具体的に説明する。
上記油圧制御回路30は、第1クラッチC1を制御するための第1電磁弁SL1と、第2クラッチC2を制御するための第2電磁弁SL2と、第1ブレーキB1を制御するための第3電磁弁SL3と、第3ブレーキB3を制御するための第4電磁弁SL4とを備えている。
また、この油圧制御回路30は、図示しないブレーキコントロールバルブが備えられている。このブレーキコントロールバルブは、第1クラッチC1を係合させるための油圧PC1及び第2クラッチC2を係合させるための油圧PC2が共に供給される状況において、第3ブレーキB3の作動油圧をドレンさせると共に、所定の4速油圧P4thを出力する構成となっている。このブレーキコントロールバルブの構成は周知であるため、その詳細構成についての説明は省略する。
また、この油圧制御回路30は、クラッチアプライコントロールバルブ(フェールセーフバルブ)50を備えている。このクラッチアプライコントロールバルブ50は、上記ブレーキコントロールバルブから供給される4速油圧P4th、第1ブレーキB1を係合させるための油圧PB1、及び第3ブレーキB3を係合させるための油圧PB3のうち少なくとも2つが供給される場合に、上記第1ブレーキB1の作動油圧をドレンさせる構成となっている。詳しくは後述する。
上記第1〜第4の各電磁弁SL1,SL2,SL3,SL4は、何れもECT_ECU102から供給される駆動電流に応じて所定の油圧を発生させるリニアソレノイドバルブである。
上記第1電磁弁SL1は、図示しないマニュアルバルブから出力されたDレンジ圧PDを元圧として第1クラッチC1の係合状態を直接的に制御するための第1油圧PC1を発生させて上記第1クラッチC1に繋がる第1油路41へ出力する。
上記第2電磁弁SL2は、Dレンジ圧PDを元圧として第2クラッチC2の係合状態を直接的に制御するための第2油圧PC2を発生させて上記第2クラッチC2に繋がる第2油路42へ出力する。
上記第3電磁弁SL3は、Dレンジ圧PDを元圧として第1ブレーキB1の係合状態を制御するための第3油圧PB1を発生させて上記クラッチアプライコントロールバルブ50に繋がる第3油路43へ出力する。
第4電磁弁SL4は、ライン圧PLを元圧として第3ブレーキB3の係合状態を直接的に制御するための第4油圧PB3を発生させて上記第3ブレーキB3に繋がる第4油路44へ出力する。
上記クラッチアプライコントロールバルブ50は、第3電磁弁SL3から出力された第3油圧PB1を入力するための第1入力ポート51、その第1入力ポート51に入力された第3油圧PB1を、第5油路45を介して第1ブレーキB1へ供給するための第1出力ポート52、その第5油路45を介して第1ブレーキB1へ供給された第3油圧PB1をドレンするための第1ドレンポート53を備えている。
また、このクラッチアプライコントロールバルブ50は、バルブボディ54の内部にバルブ体60及びプランジャ(弁体)70が同一軸線上で移動自在に収容されている。
上記バルブ体60は、所定の断面積(軸心に対して直交する方向の断面積)SAを有する第1ランド61及び第2ランド62、これら第1ランド61及び第2ランド62の断面積SAよりも小さな断面積SBを有する第3ランド63、この第3ランド63の断面積SBよりも小さな断面積SCを有する第4ランド64が一体的に形成された構成となっている。
また、このバルブ体60は、上記第1出力ポート52と第1ドレンポート53との間を連通させて第1ブレーキB1の油圧をドレンさせるドレン位置(図5の右側位置)と、上記第1入力ポート51と第1出力ポート52との間を連通させる非ドレン位置(図5の左側位置)との間を移動可能に配設された弁部65を備えている。
また、上記バルブボディ54とバルブ体60との間には、第3電磁弁SL3から出力された第3油圧PB1を受け入れて、上記第2ランド62と第3ランド63との断面積の差に基づいてバルブ体60に上記ドレン位置へ向かう推力を発生させる第1油室55、上記第4電磁弁SL4から出力された第4油圧PB3を受け入れて、この第4油圧PB3を上記第3ランド63の端面に作用させることによりバルブ体60に上記ドレン位置へ向かう推力を発生させる第2油室56が形成されている。更に、このバルブボディ54とバルブ体60との間には、上記ブレーキコントロールバルブから出力された上記4速油圧P4thを受け入れて、この4速油圧P4thを上記第4ランド64の先端面に作用させることによりバルブ体60に上記ドレン位置へ向かう推力を発生させる第3油室57が形成されている。
また、上記バルブボディ54とプランジャ70との間には、ライン圧PLを受け入れて、このライン圧PLを上記プランジャ70の先端面(上記バルブ体60の配設位置とは反対側の端面:図中の下端面)に作用させることにより、プランジャ70を介してバルブ体60に上記非ドレン位置へ向かう推力を発生させる第4油室(ライン圧オイル室)58が形成されている。
更に、上記バルブ体60とプランジャ70との間には、車両前進側の変速段(第1変速段〜第6変速段)が成立している状態においてドレンポートとなる第2ドレンポート81が連通する第5油室(異物排出動作用オイル室)59が形成されている。
そして、上記第5油室59には、上記バルブ体60を上記非ドレン位置に向けて付勢するスプリング80が収容されている。具体的には、上記バルブボディ54の内部におけるプランジャ70の外周側にはスリーブ54aが装着されており、このスリーブ54aの上端面と上記バルブ体60の第1ランド61の下端面との間に上記スプリング80が圧縮状態で収容されている。
以上の構成により、クラッチアプライコントロールバルブ50において、第3油圧PB1、第4油圧PB3、及びブレーキコントロールバルブからの4速油圧P4thのうち2つ以上の油圧が入力されておらず以下の数式(1)が成立する状態では、上記第4油室58に作用しているライン圧PL(エンジン1の駆動時に発生する)や、上記スプリング80の付勢力(エンジン1の停止時にも作用している)によって、バルブ体60及びプランジャ70が上記非ドレン位置へ移動させられる。これにより、上記第3電磁弁SL3から第3油圧PB1が出力される状況(第2変速段や第6変速段の成立時)では、この第3油圧PB1が第5油路45を経て第1ブレーキB1へ供給される状態となる。
一方、第3油圧PB1、第4油圧PB3、及びブレーキコントロールバルブからの4速油圧P4thのうち少なくとも2つの油圧が入力されており以下の数式(2)が成立する状態では、上記油圧が、上記第4油室58に作用しているライン圧PLやスプリング80の付勢力にうち勝つことになり、バルブ体60及びプランジャ70が上記ドレン位置へ移動させられて、第1ブレーキB1及び第5油路45の油圧が第1ドレンポート53からドレンされる。
なお、数式(1)及び数式(2)では、上記スプリング80による付勢力をFV2で表している。また、SDはプランジャ70の下端の受圧面積を示す。
(SB−SA)×PB1+(SC−SB)×PB3+SC×P4th<SD×PL+FV2 …(1)
(SB−SA)×PB1+(SC−SB)×PB3+SC×P4th>SD×PL+FV2 …(2)
以上のようにして自動変速機3では、前進走行中にインターロックが発生するような係合状態が発生した場合であっても、上記ブレーキコントロールバルブやクラッチアプライコントロールバルブ50が設けられていることで、一部の油圧をドレンし、インターロックが回避できるようになっている。
−異物排出動作のための構成−
本実施形態の特徴とするところは、上述の如く構成されたクラッチアプライコントロールバルブ50に所定タイミングで異物排出動作を行わせるための構成にある。つまり、長期間に亘ってクラッチアプライコントロールバルブ50の切り換え動作が行われないことで、バルブボディ54とプランジャ70との間に微小異物が蓄積することに起因するバルブスティックの発生を回避するための構成である。尚、以下の説明では、自動変速機3が後退変速段に設定される際に異物排出動作を行う場合について説明するが、この異物排出動作を行う変速段としては後退変速段に限られるものではなく、前進側変速段のうちの一つの変速段(例えば第1変速段)に設定される際に異物排出動作を行うようにすることもできる。
本実施形態では、上記第5油室59に連通している第2ドレンポート81に繋がる油路の構成及び上記プランジャ70の形状に特徴がある。以下、それぞれについて具体的に説明する。
先ず、シフトレバーがRレンジ(後進走行レンジ)位置に操作されて、マニュアルバルブからリバースレンジ圧PRが発生した場合に、上記第2ブレーキB2にリバースレンジ圧PRを作用させるための第6油路46が設けられている。
また、上記第2ドレンポート81には、自動変速機3が前進側の変速段(第1変速段〜第6変速段)にある際に上記第5油室59の油圧をドレンするためのドレン油路47が連通されている。
そして、上記第6油路46とドレン油路47とは、リバースレンジ圧分岐油路48によって連通されている。また、上記ドレン油路47におけるリバースレンジ圧分岐油路48の連通位置よりもドレン側(オイルパン側)には開閉自在な弁体49(例えば電磁弁)が備えられている。この弁体49の開閉動作は上記ECT_ECU102から供給される駆動電流によって行われる。
このため、上記弁体49が閉鎖された状態で、マニュアルバルブからリバースレンジ圧PRが発生した場合には、上記第2ブレーキB2にリバースレンジ圧PRが供給されて、この第2ブレーキB2が係合されるばかりでなく、このリバースレンジ圧PRは、リバースレンジ圧分岐油路48及びドレン油路47を経て第2ドレンポート81から第5油室59にも供給されるようになっている。つまり、このリバースレンジ圧PRがプランジャ70の上端面(上記バルブ体60に対面する側の端面)に作用するようになっている。尚、上記ドレン油路47を経て第2ドレンポート81から第5油室59に油圧を作用させるための構成としては上記弁体49を使用するものには限定されない。
そして、上記プランジャ70の構成としては、上記バルブ体60側(図中上側)に位置するプランジャ第1ランド71と、第4油室58側(図中下側)に位置するプランジャ第2ランド72とが一体的に形成された構成となっている。
上記プランジャ第1ランド71は、上記非ドレン位置にある場合ばかりでなくドレン位置にある場合にあってもバルブ体60の第1ランド61に当接している。つまり、自動変速機3の通常時(フェールが発生していない時)には、上記第4油室58に作用するライン圧PLにより図中上側へ移動しプランジャ70を押し上げている。一方、自動変速機3のフェール時には、上記第3油圧PB1、第4油圧PB3、及び4速油圧P4thのうち少なくとも2つが供給されることに伴い、これら油圧によるバルブ体60に対する押圧力が、上記ライン圧PL等による押圧力にうち勝つことで、プランジャ70はバルブ体60と共に図中下側へ移動することになる。
そして、図6に示すように、上記プランジャ第1ランド71の外径寸法(L1)はプランジャ第2ランド72の外径寸法(L2)よりも大きく(例えば1.2倍程度に)設定されている。つまり、このプランジャ70は、プランジャ第1ランド71の上面71aの受圧面積(第5油室59の油圧を受ける面積)が、プランジャ第2ランド72の下面72aの受圧面積(第4油室58の油圧を受ける面積)よりも大きく設定されており、これら第5油室59の油圧及び第4油室58の油圧が略等しい場合には、このプランジャ70に対して図中下向きの力(推力)が発生して、このプランジャ70は下側へ移動するようになっている(図6中の矢印F参照)。
尚、上記バルブボディ54の内部に装着されているスリーブ54aの内径寸法としては、上記プランジャ第1ランド71の外周面に摺接する部分では、このプランジャ第1ランド71の外径寸法(L1)に略一致しており、上記プランジャ第2ランド72の外周面に摺接する部分では、このプランジャ第2ランド72の外径寸法(L2)に略一致している。つまり、このスリーブ54aは、プランジャ第1ランド71に対応する大径部54bと、プランジャ第2ランド72に対応する小径部54cとを備えている。
−異物排出動作−
次に、上述の如く構成されたクラッチアプライコントロールバルブ50における異物排出動作について説明する。この異物排出動作は、自動変速機3の通常時(正常作動時)において、シフトレバーがRレンジ位置に操作されて、マニュアルバルブからリバースレンジ圧PRが発生した場合に限り、プランジャ70を移動(図5において下側へ移動)させるものである。これにより、プランジャ70とバルブボディ54(より具体的にはスリーブ54a)との間に存在する異物を排出できるようにしている。以下、具体的な動作について説明する。
上述した如く、自動変速機3の通常時(非フェール時)において、自動変速機3が前進側の変速段(第1変速段〜第6変速段)にある場合には、バルブ体60及びプランジャ70は非ドレン位置(図5の左側位置)にある。
この状態から、シフトレバーがRレンジ位置に操作されて、マニュアルバルブからリバースレンジ圧PRが発生すると、上記第6油路46を経て第2ブレーキB2にリバースレンジ圧PRが供給されて後退変速段(Rev)が成立する(同時に第4電磁弁SL4も作動して第4油圧PB3を発生させ、第3ブレーキB3も係合している)。また、この動作と略同時に、上記弁体49は閉鎖されており、リバースレンジ圧PRは、リバースレンジ圧分岐油路48及びドレン油路47を経て第2ドレンポート81から第5油室59にも供給される。ここで第5油室59に供給されるリバースレンジ圧PRは上記ライン圧PLと略同等の圧力となっている。
そして、上述した如く、上記プランジャ第1ランド71の外径寸法はプランジャ第2ランド72の外径寸法よりも大きく設定されている。つまり、このプランジャ70は、プランジャ第1ランド71の受圧面積(第5油室59の油圧を受ける面積)が、プランジャ第2ランド72の受圧面積(第4油室58の油圧を受ける面積)よりも大きく設定されている。このため、上記第5油室59の油圧(リバースレンジ圧PR)と第4油室58の油圧(ライン圧PL)とがプランジャ70に共に作用することに伴って、プランジャ70には上記受圧面積の差に起因して図中下向きの推力が発生する。これにより、プランジャ70は図中下側(ドレン位置側:バルブ体60の配設位置とは反対側)へ移動することになる。つまり、上記リバースレンジ圧PRを異物排出動作用油圧として利用してプランジャ70に異物排出動作を行わせるようにしている。図7は、このプランジャ70が下側へ移動した状態を示している。
以上の動作により、仮に、プランジャ70とバルブボディ54(スリーブ54a)との間に摩耗粉やスラッジ等といった微小異物が存在していた場合であっても、このプランジャ70の移動に伴って微小異物は除去されることになる。以上のような動作が、自動変速機3の後進段が成立する度に実行されることになる。
そして、このプランジャ70の移動に伴って第4油室58内に排出された微小異物は、エンジン停止等に伴うライン圧PLの解除(ライン圧PLのドレン)に伴い図示しないオイルフィルタ等に向けて回収されることになる。
本実施形態によれば、以上のような異物排出動作が行われるため、クラッチアプライコントロールバルブ50のプランジャ70が長期間に亘って移動しないことに起因するバルブスティックを解消することができる。また、異物排出動作を行うべくプランジャ70を移動させるための手段としてはスプリング等の部材を使用していないため、従来のクラッチアプライコントロールバルブに対して新たな部品(例えば上記特許文献2に開示されている内側スプリング)を追加する必要がない。このため、クラッチアプライコントロールバルブ50の大型化や重量の増大を招くことなく、また、製造コストの高騰を招くこともない。更に、組み付け作業工数の増大及び組み付け作業の煩雑化を招くこともない。
−その他の実施形態−
以上説明した実施形態では、前進6段変速の自動変速機3に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られることなく、他の任意の変速段の自動変速機にも適用可能である。
また、上記実施形態では、車速とアクセル開度とに基づいて適正な変速段を求めて変速制御を実行する例を示したが、本発明はこれに限られることなく、車速とスロットル開度に基づいて適正な変速段を求めて変速制御を実行するものに適用してもよい。
また、本発明が適用される車両に搭載されるエンジンとしては、ガソリンエンジンに限らずディーゼルエンジン等であってもよい。
更に、上記実施形態は、FF車両に搭載された自動変速機3に対して本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、FR車両その他の形態の車両に搭載された自動変速機に対しても適用可能である。
加えて、上記実施形態ではフェールセーフバルブとしてのクラッチアプライコントロールバルブ50に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、油圧制御回路30におけるその他のフェールセーフバルブ(例えば上記ブレーキコントロールバルブ等)にも適用することが可能である。
また、上記実施形態では、異物排出動作時にプランジャ70のみを移動させる構成としていたが、上記リバースレンジ圧PRがバルブ体60に対してドレン位置側に作用する回路構成にすれば、異物排出動作時にこのバルブ体60をも移動させることが可能になる。
更に、上記実施形態では、異物排出動作時にプランジャ70に作用する油圧としてライン圧PL及びリバースレンジ圧PRを例に挙げて説明したが、本発明はこれら油圧に限定されるものではなく、上記プランジャ70の移動動作(異物排出動作)が行えるものであれば他の油圧を利用してもよい。
実施形態に係る車両の駆動装置を示す概略構成図である。 自動変速機における各クラッチ及び各ブレーキの変速段毎の係合状態を示す図である。 ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。 変速制御に用いる変速マップを示す図である。 クラッチアプライコントロールバルブ、各クラッチ及び各ブレーキに関連する油圧制御回路を示す図である。 クラッチアプライコントロールバルブのプランジャ及びその周辺部を示す拡大図である。 異物排出動作時におけるクラッチアプライコントロールバルブの作動状態を示す図である。 従来のフェールセーフバルブを示す図である。
符号の説明
3 自動変速機
30 油圧制御回路
50 クラッチアプライコントロールバルブ(フェールセーフバルブ)
54 バルブボディ
58 第4油室(ライン圧オイル室)
59 第5油室(異物排出動作用オイル室)
60 バルブ体
70 プランジャ(弁体)
71a プランジャ上面(受圧面)
72a プランジャ下面(受圧面)
81 第2ドレンポート
C1,C2 クラッチ(摩擦係合要素)
B1〜B3 ブレーキ(摩擦係合要素)
PL ライン圧
PR リバースレンジ圧(異物排出動作用油圧)

Claims (5)

  1. 複数の摩擦係合要素に対する油圧を制御することによって、これら摩擦係合要素を選択的に係合させて変速比を可変とする自動変速機の油圧制御回路に備えられ、正常時において同時に発生することのない複数の油圧がそれぞれ個別の油圧供給ポートから作用することに伴い、バルブボディ内部において同一軸線上に相対移動可能に挿入されたバルブ体とプランジャとが、これら油圧により通常位置からフェールセーフ位置に移動するフェールセーフバルブを有するフェールセーフ機構において、
    上記バルブ体とプランジャとの間には異物排出動作用オイル室が、上記プランジャとバルブボディとの間には油圧制御回路のライン圧が作用するライン圧オイル室がそれぞれ設けられており、
    上記異物排出動作用オイル室には、上記複数の摩擦係合要素のうち特定の摩擦係合要素が係合された場合にその摩擦係合要素を係合させるための油圧であって上記ライン圧と略同等の油圧が作用する構成となっていて、
    上記プランジャにおける異物排出動作用オイル室に臨む端面の受圧面積が、上記ライン圧オイル室に臨む端面の受圧面積よりも大きく設定されていることにより、上記特定の摩擦係合要素が係合された場合に限り、その摩擦係合要素を係合させるための油圧を、異物排出動作用油圧として上記異物排出動作用オイル室に作用させて、上記プランジャを上記通常位置からフェールセーフ位置に向けて移動させる構成とされていることを特徴とする自動変速機のフェールセーフ機構。
  2. 上記請求項1記載の自動変速機のフェールセーフ機構において、
    上記特定の摩擦係合要素が係合された場合に、その摩擦係合要素を係合させるための油圧は、異物排出動作用油圧として上記フェールセーフバルブに対してドレンポートから上記異物排出動作用オイル室に作用される構成となっていることを特徴とする自動変速機のフェールセーフ機構。
  3. 上記請求項1記載の自動変速機のフェールセーフ機構において、
    上記プランジャが通常位置からフェールセーフ位置に向けて移動する際に係合している上記特定の摩擦係合要素は、自動変速機の前進変速段が成立する場合には係合せず後退変速段が成立する場合に係合する摩擦係合要素であることを特徴とする自動変速機のフェールセーフ機構。
  4. 上記請求項2記載の自動変速機のフェールセーフ機構において、
    上記特定の摩擦係合要素が係合された場合に、その摩擦係合要素を係合させるための油圧が作用するフェールセーフバルブのドレンポートは、「車両前進時」にオイルをドレンするためのドレンポートであって、
    「車両後退時」に、上記油圧が、このドレンポートから上記異物排出動作用オイル室に作用することにより、上記プランジャを通常位置からフェールセーフ位置に向けて移動させる構成となっていることを特徴とする自動変速機のフェールセーフ機構。
  5. 上記請求項1〜4のうち何れか一つに記載の自動変速機のフェールセーフ機構に備えられるフェールセーフバルブであって、
    上記バルブボディとバルブ体との間には、このバルブ体を通常位置に向けて付勢するスプリングが装着されており、上記バルブ体とプランジャとの間に異物排出動作用油圧が作用することで、プランジャが通常位置からフェールセーフ位置に向けて移動する構成となっていることを特徴とするフェールセーフバルブ。
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